Словарь нанотехнологий
Гетероструктура полупроводниковая

Гетероструктура полупроводниковая

Термин

гетероструктура полупроводниковая

Термин на английском

semiconductor heterostructure

Связанные термины

гетероэпитаксия, квантовая проволока, квантовая яма, полупроводник, светодиод

Определение

искусственная структура, изготовленная из двух или более различных полупроводниковых веществ (материалов), в которой важная роль принадлежит переходному слою, т. е. границе раздела двух веществ (материалов)

Описание

В состав полупроводниковых гетероструктур входят элементы II-VI групп (Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Si, Ge, P, As, Sb, S, Se, Te), соединения A^IIIB^V и их твердые растворы, а также соединения A^IIB^VI. Из соединений типа A^IIIB^V наиболее часто используются арсенид и нитрид галлия GaAs и GaN, из твердых растворов - Al_xGa_1-xAs. Использование твердых растворов позволяет создавать гетероструктуры с непрерывным, а не скачкообразным изменением состава и непрерывным изменением ширины запрещенной зоны.

Для изготовления гетероструктур важно согласование (близость по величине) параметров кристаллической решетки двух контактирующих соединений (веществ). Если два слоя соединений с сильно различающимися постоянными решетки выращиваются один на другом, то при увеличении их толщины на границе раздела появляются большие деформации, и возникают дислокации несоответствия. В связи с этим для изготовления гетероструктур часто используют твердые растворы системы AlAs - GaAs, так как арсениды алюминия и галлия имеют почти одинаковые параметры решетки. В этом случае монокристаллы GaAs являются идеальной подложкой для роста гетероструктур. Другой естественной подложкой является фосфид индия InP, который применяется в комбинации с твердыми растворами GaAs - InAs, AlAs - AlSb и др.

Прорыв в создании тонкослойных гетероструктур произошел с появлением технологии роста тонких слоев методами молекулярно-лучевой эпитаксии, газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений и жидкофазной эпитаксии. Появилась возможность выращивать гетероструктуры с очень резкими границами раздела, расположенными настолько близко друг к другу, что в этом промежутке определяющую роль играют размерные квантовые эффекты. Структуры подобного типа называют квантовыми ямами, реже - квантовыми стенками. В квантовых ямах средний узкозонный слой имеет толщину несколько десятков нанометров, что приводит к расщеплению электронных уровней вследствие эффекта размерного квантования. Гетероструктуры, в особенности двойные, включая квантовые ямы, позволяют управлять такими фундаментальными параметрами полупроводниковых кристаллов как ширина запрещенной зоны, эффективная масса и подвижность носителей заряда, электронный энергетический спектр.

Авторы

• Гусев Александр Иванович, д.ф.-м.н.

Ссылки

1. Ж. И. Алферов. Двойные гетероструктуры: концепции и применения в физике, электронике и технологии. УФН. 2002. Т.172. № 9. С.1072-1086 сс.
2. А. И. Гусев. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Изд. 2-е, исправленное и дополненное. Москва: Наука-Физматлит, 2007. 416 с.

Иллюстрации

Поперечное сечение полупроводниковой гетеронаноструктуры Si/GaP0.97N0.03/Si

Разделы

Полупроводниковые наногетероструктуры (квантовые точки и квантовые проволоки на основе двумерного электронного газа)

Слоистые магнитные материалы и сверхрешетки

Твердотельные гибридные и гетероструктуры на основе полупроводников, металлов и магнетиков